DE102020003928A1 - Pump arrangement with temperature-controlled housing part - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung (1) mit wenigstens einem temperierbarem Gehäuseteil, wobei wenigstens eine temperierbare Gehäuseteil (3) eine das temperierbare Medium berührende erste Wandung (27) und einer von der ersten Wandung (27) beabstandete zweite Wandung (28) aufweist, wobei erste Wandung (27) und zweite Wandung (28) eine Temperierkammer (29) bildenThe invention relates to a pump arrangement (1) with at least one temperature-controllable housing part, at least one temperature-controllable housing part (3) having a first wall (27) in contact with the temperature-controllable medium and a second wall (28) spaced from the first wall (27), wherein first wall (27) and second wall (28) form a temperature control chamber (29)
Description
Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung mit wenigstens einem temperierbarem Gehäuseteil.The invention relates to a pump arrangement with at least one temperature-controllable housing part.
Derartige Pumpenanordnungen werden oftmals in Industrieanlagen, insbesondere in der Chemie und Petrochemie, eingesetzt. Dabei werden häufig Medien gepumpt bzw. gefördert, welche nur bei einer bestimmten Temperatur förderbar bzw. pumpbar sind.Such pump arrangements are often used in industrial plants, especially in the chemical and petrochemical industries. In this case, media are often pumped or conveyed which can only be conveyed or pumped at a certain temperature.
Ein derartiges Medium ist beispielsweise Schwefel. Sinkt oder steigt die Temperatur während des Pumpprozesses an einigen Stellen in der Pumpe zu stark, kann das Medium auskristallisieren und somit einen Trockenlauf der Pumpe verursachen. Weiterhin kann ein derartiges Auskristallisieren auch das Fördermedium verunreinigen.Such a medium is, for example, sulfur. If the temperature drops or rises too much at some points in the pump during the pumping process, the medium can crystallize and thus cause the pump to run dry. Such crystallization can also contaminate the delivery medium.
Ein weiteres Beispiel ist die Förderung von Schweröl oder Bitumen. Zur Förderung dieser Medien müssen die eingesetzten Pumpen beispielsweise bei sehr tiefen Temperaturen vorgeheizt werden, um ein Trockenlaufen der Pumpe zu vermeiden, da Schweröl und Bitumen ohne eine vorherige Erwärmung zu viskos sind, um pumpbar zu sein.Another example is the production of heavy oil or bitumen. To convey these media, the pumps used must be preheated, for example at very low temperatures, in order to avoid the pump running dry, since heavy oil and bitumen are too viscous to be pumpable without prior heating.
Unter anderem bei Prozesspumpen ist eine genaue Regulierung der Temperatur von entscheidender Bedeutung, da schwankende Temperaturen einen gesamten Anlagenprozess stören können.Precise regulation of the temperature is of decisive importance for process pumps, among other things, since fluctuating temperatures can disrupt an entire system process.
Bekannte beheizbare Spiralgehäuse haben den Nachteil, dass sie aus mehreren Einzelteilen bestehen, welche meist durch Schweißen miteinander verbunden werden. An den Schweißstellen kann es zu Leckagen kommen, wenn diese nicht korrekt verschweißt sind, was die Funktion der Pumpe wesentlich verschlechtert.Known heatable spiral housings have the disadvantage that they consist of several individual parts, which are usually connected to one another by welding. Leaks can occur at the welds if they are not welded correctly, which significantly impairs the function of the pump.
Zudem gestaltet es sich bei derartigen Schweißkonstruktionen schwierig, das komplette Gehäuse inklusive der Flansche gleichmäßig zu temperieren.In addition, it is difficult with such welded constructions to uniformly temper the entire housing including the flanges.
Bei herkömmlichen Pumpen können die an den Stutzen bzw. Einlass- und Auslassöffnungen anliegenden Kräfte und Momente das Gehäuse verformen und zu einem Anlaufen des Laufrads an angrenzende Bauteile der Pumpe führen.In conventional pumps, the forces and moments applied to the nozzle or inlet and outlet openings can deform the housing and cause the impeller to run against adjacent components of the pump.
Auch der Punkt im Prozessfluss / der Ort an der Pumpe, an dem eine Gleitringdichtung meist angeordnet ist, insbesondere der Bereich zwischen der Welle und dem Gehäusedeckel einer Pumpe, hat sich in der Praxis als ein kritischer Bereich erwiesen, in dem es relativ häufig zu Problemen bezüglich der Bereitstellung der erforderlichen Temperatur kommt.The point in the process flow / the location on the pump where a mechanical seal is usually arranged, in particular the area between the shaft and the housing cover of a pump, has also proven to be a critical area in practice, in which problems are relatively common regarding the provision of the required temperature.
Die Beheizung des Gehäusedeckels / Spiralgehäuses der Pumpe reicht an diesem Punkt häufig nicht aus, um eine optimale Temperatur zur Förderung eines bestimmten Mediums zu erreichen.The heating of the housing cover / volute casing of the pump is often not sufficient at this point to achieve an optimal temperature for conveying a certain medium.
Zudem haben konventionelle Dichtungsdeckel den zusätzlichen Nachteil, dass sie aus mehreren Einzelteilen bestehen, welche meist durch Schweißen miteinander verbunden sind. An den Schweißstellen kann es zu Leckagen kommen, wenn diese nicht korrekt verschweißt sind, was die Funktion der Pumpe weiter verschlechtert.In addition, conventional sealing covers have the additional disadvantage that they consist of several individual parts, which are usually connected to one another by welding. Leaks can occur at the welds if they are not welded correctly, which further impairs the function of the pump.
Zudem gestaltet sich bei derartigen Dichtungsdeckeln das zusätzliche Anordnen von Leitungen, welche durch eine etwaige in dem Dichtungsdeckel angeordnete Kühl-/ Heizkammer verlaufen, schwierig bzw. ist in der Praxis nicht realisierbar. Beispielsweise müsste zur Bereitstellung einer externen Zirkulation bei einem herkömmlichen Dichtungsdeckel der Heizraum des Dichtungsdeckels durchgebohrt werden.In addition, with sealing covers of this type, the additional arrangement of lines, which run through any cooling / heating chamber arranged in the sealing cover, is difficult or cannot be implemented in practice. For example, in order to provide external circulation in a conventional sealing cover, the heating chamber of the sealing cover would have to be drilled through.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mängel der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen abzumildern oder gar ganz zu beheben. Konkret ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Pumpenanordnung bereitzustellen, mittels dessen die Förderung von Medien bei optimaler Fördertemperatur gewährleistet ist.The present invention is based on the object of alleviating or even eliminating the shortcomings of the devices known from the prior art. Specifically, it is an object of the present invention to provide a pump arrangement by means of which the conveyance of media is ensured at an optimal conveying temperature.
Diese Aufgabe wird durch eine Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wonach das wenigstens eine temperierbare Gehäuseteil eine das temerierbare Medium erste Wandung und einer von der ersten Wandung beabstandete zweite Wandung aufweist, wobei erste Wandung und zweite Wandung eine Temperierkammer bilden.This object is achieved by a pump arrangement with the features of
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn in der Temperierkammer wenigstens ein im Wesentlichen konzentrisch zur Drehachse angeordneter kreisartig verlaufender Kanal ausgebildet ist.It has proven to be particularly advantageous if at least one circular channel is formed in the temperature control chamber and is arranged essentially concentrically to the axis of rotation.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn in der Temperierkammer eine Vielzahl von Streben vorgesehen sind, welche die Innenwandung mit der Außenwandung verbinden und im Wesentlichen konzentrisch zur Drehachse angeordnete kreisartig verlaufende Kanäle bilden. Dadurch ist sichergestellt, dass selbst bei Verstopfung eines Kanals oder sogar von mehreren Kanälen das Bauteil beheizt oder gekühlt werden kann.It has proven to be particularly advantageous if a plurality of struts are provided in the temperature control chamber which connect the inner wall to the outer wall and form circular channels arranged essentially concentrically to the axis of rotation. This ensures that the component can be heated or cooled even if one channel or even several channels are blocked.
Damit alle Kanäle gleichzeitig durchströmt werden können, sind in der Temperierkammer eine erste Sammelkammer und eine zweite Sammelkammer ausgebildet.A first collection chamber and a second collection chamber are formed in the temperature control chamber so that all channels can be flowed through at the same time.
Dass eine dritte Sammelkammer ausgebildet ist vereinfacht im Bedarfsfall ein vollständiges entleeren der Kanäle.The fact that a third collecting chamber is formed simplifies complete emptying of the channels if necessary.
Damit das Kühl- oder Heizmedium bedienungsfreundlich der Temperierkammer zugeführt bzw. abgeführt werden kann, ist eine erste Anschlussvorrichtung für eine Versorgungsleitung vorgesehen, über die das Kühl- oder Heizmedium zum Temperieren des Hydraulikgehäuses in die Temperierkammer einströmt. Desweiteren ist eine zweite Anschlussvorrichtung zum Anschließen einer Versorgungsleitung vorgesehen, über die das Kühl- oder Heizmedium aus der Temperierkammer wieder ausströmt.So that the cooling or heating medium can be fed or discharged from the temperature chamber in a user-friendly manner, a first connection device is provided for a supply line, via which the cooling or heating medium flows into the temperature chamber to control the temperature of the hydraulic housing. Furthermore, a second connection device is provided for connecting a supply line via which the cooling or heating medium flows out of the temperature chamber.
Um bei Bedarf eine vollständige Entleerung der Temperierkammer auf einfache Art und Weise sicherzustellen, weist das temperierbare Bauteil eine mit der dritten Sammelkammer verbundene dritte Anschlussvorrichtung zum Anschließen einer weiteren Leitung auf.In order to ensure complete emptying of the temperature control chamber in a simple manner when required, the temperature-controllable component has a third connection device connected to the third collecting chamber for connecting a further line.
In vorteilhafterweise weist der wenigstens eine Kanal bzw. die Kanäle eine definierte Strukturierung auf, die zur Maximierung von Turbulenzen in dem Kühl- oder Heizmedium und somit zur Maximierung des Wärmeaustauschs dient.The at least one channel or the channels advantageously has a defined structure which serves to maximize turbulence in the cooling or heating medium and thus to maximize the heat exchange.
Um eine gleichmäßige Temperaturverteilung gewährleisten zu können, ist es vorteilhaft, Außenwandung und Innenwandung möglichst dünn auszubilden. Damit das temperierbare Bauteil dem Druck im Inneren sicher standhalten kann, weist vorteilsweise das Bauteil eine Stützstruktur auf. Die Stützstruktur nimmt die beispielsweise an Saugstutzen und Druckstutzen auftretenden Kräfte und Momente auf und leitet diese ab. Zudem wird eine Versteifung des Bauteils bei minimalen Eigengewicht erzielt, wodurch z.B. das Risiko des Anschleifens des Laufrads an einem üblicherweise im Hydraulikgehäuse untergebrachten Spaltring oder an einem Teil des Hydraulikgehäuses minimiert. Die an der Außenwandung durch Materialanhäufung ausgebildete Stützstruktur stützt und entlastet somit sowohl die relativ dünne Innenwandung als auch die relativ dünne Außenwandung des Hydraulikgehäuses.In order to be able to ensure a uniform temperature distribution, it is advantageous to make the outer wall and inner wall as thin as possible. So that the temperature-controllable component can reliably withstand the pressure inside, the component advantageously has a support structure. The support structure absorbs the forces and moments that occur, for example, at the suction nozzle and pressure nozzle, and diverts them. In addition, a stiffening of the component is achieved with minimal dead weight, which minimizes, for example, the risk of the impeller rubbing against a split ring, which is usually located in the hydraulic housing, or on a part of the hydraulic housing. The support structure formed on the outer wall by accumulation of material supports and thus relieves both the relatively thin inner wall and the relatively thin outer wall of the hydraulic housing.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Stützstruktur definierte Bauelemente des Bauteiles miteinander verbindet, insbesondere Gehäusefüße, Saugstutzen, Druckstutzen und Verbindungsstellen, an welche weitere Bauteile der Pumpenanordnung befestigbar sind.It is particularly advantageous if the support structure connects defined components of the component with one another, in particular housing feet, suction nozzles, pressure nozzles and connection points to which further components of the pump arrangement can be attached.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Stützstruktur im Wesentlichen horizontal, vertikal und diagonal verlaufende Materialanhäufungen aufweist, die Knoten- oder Kreuzungspunkte bilden.A further advantageous embodiment provides that the support structure has essentially horizontally, vertically and diagonally running material accumulations, which form nodes or intersection points.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass freie Enden der Stützstruktur Sacklöcher zur Aufnahme von geeigneten Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben oder Gewindebolzen, aufweisen. Dabei sind vorteilhafterweise Innengewinde vorgesehen, in die die Befestigungsmittel einschraubbar sind.It has been found to be particularly advantageous that free ends of the support structure have blind holes for receiving suitable fastening means, in particular screws or threaded bolts. In this case, internal threads are advantageously provided into which the fastening means can be screwed.
Eine weiterer Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Hydraulikgehäuses für eine Pumpenanordnung als einstückiges Bauteil mittels 3D-Drucks, insbesondere metallischen 3D-Drucks, Selektiven Laser-Schmelzens (SLM), oder mittels Feingusses, bereitzustellen.Another object of the present invention is to provide a method for producing a hydraulic housing for a pump arrangement as a one-piece component by means of 3D printing, in particular metallic 3D printing, selective laser melting (SLM), or by means of investment casting.
Weitere Vorteile, Merkmale und Effekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachstehenden Figuren. Hierbei zeigen
-
1 einen Längsschnitt durch eine Pumpenanordnung mit einem erfindungsgemäßen Hydraulikgehäuse, -
2 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Hydraulikgehäuse in vergrößerter Darstellung, -
3 eine perspektivische Darstellung des Hydraulikgehäuses gemäß2 , -
4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Hydraulikgehäuses und -
5 eine schematische Darstellung des Hydraulikgehäuses. -
6 verschiedene Ansichten eines Dichtungsdeckels und -
7 verschiedene Ansichten eines Dichtungsdeckels mit einem Anschluss für Quench-Medium
-
1 a longitudinal section through a pump arrangement with a hydraulic housing according to the invention, -
2 a longitudinal section through the hydraulic housing according to the invention in an enlarged view, -
3 a perspective view of the hydraulic housing according to2 , -
4th a longitudinal section through a further embodiment of the hydraulic housing and -
5 a schematic representation of the hydraulic housing. -
6th different views of a sealing cover and -
7th different views of a sealing cover with a connection for quench medium
Die
Das im vorliegenden Beispiel als Hydraulikgehäuse ausgebildete Bauteil
Ein Spalttopf
Eine um eine Drehachse A drehbare Laufradwelle
An einem innerhalb der Strömungskammer
Zwischen Laufrad
Ein nicht dargestellter Antriebsmotor, vorzugsweise ein Elektromotor, treibt eine Antriebswelle
Die
Wie in der
Wie in der
Das Hydraulikgehäuse
Der Kanal
Wie aus den
Zum Kühlen oder Beheizen des Hydraulikgehäuses
Es versteht sich, dass das Kühl- oder Heizmedium auch über die zweite Anschlussvorrichtung
Wie in den
Die Stützsruktur
Die
Wie in den
Das Kühl- / Heizmedium zirkuliert in wenigstens einem Kanal
Zudem weist der Dichtungsdeckel
Wie in den
In den
Die vorstehend beschriebenen Gehäuseteile
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